專利名稱：火花塞的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種設(shè)置有接地電極的火花塞，該接地電極具有針狀點火部，該點火部與中心電極形成火花放電間隙。
背景技術(shù)：
近年來，需要強化解決由從內(nèi)燃機中釋放的廢氣造成的環(huán)境污染的方案。因為火 花塞的點火性能的提高有利于廢氣的凈化，所以存在設(shè)置有貴金屬構(gòu)件(電極頭)的火花 塞，該貴金屬構(gòu)件具有高的耐火花損耗性并且從接地電極的內(nèi)表面向中心電極突出(例 如，參考專利文獻1)。在具有此構(gòu)造的火花塞中，與現(xiàn)有的火花塞相比，因為該接地電極能 夠被設(shè)置成更加遠離火花放電間隙，所以產(chǎn)生于火花放電間隙中的火焰核在其成長過程的 初期階段很難接觸接地電極。因此，降低歸因于與接地電極的接觸的火焰核的熱量損失造 成的成長阻礙，也就是，降低所謂的淬滅(flame-quenching)，從而可以提高火花塞的點火 性能。在具有此構(gòu)造的火花塞中，因為較大的熱負荷被施加到貴金屬構(gòu)件，因此擔(dān)心在 貴金屬構(gòu)件和接地電極之間的接合部位可能產(chǎn)生裂紋或剝離。因此，在專利文獻1中，在貴 金屬構(gòu)件和接地電極之間的接合處，線膨脹系數(shù)(linear expansioncoefficient)介于貴 金屬構(gòu)件和接地電極的線膨脹系數(shù)之間的基部(中間構(gòu)件)介于貴金屬構(gòu)件的線膨脹系數(shù) 和接地電極之間。貴金屬構(gòu)件和基部之間的接合部趨于具有大的熱負荷。因此，通過減小 可能發(fā)生在接合部上的熱應(yīng)力，防止裂紋和剝離等的產(chǎn)生。在專利文獻1中，為了將貴金屬 構(gòu)件和基部接合到彼此，不進行在接合過程中施加過大的壓力的電阻焊接，而進行熱量容 易集中的激光焊接，從而能夠增加熔合深度，并且在接合之后幾乎沒有殘留內(nèi)應(yīng)力。[專利文獻 1] JP-A-2004-134209

發(fā)明內(nèi)容
在激光焊接過程中，貴金屬構(gòu)件的材料(成分)和基部的材料(成分)被熔融混 合從而在其間形成熔融部，然而，在此熔融部中，由于焊接過程中諸如激光束的照射位置、 照射角度、輸出、照射時間等多種條件，源自于貴金屬構(gòu)件和基部的成分的比例(下文稱為 “混合比”)各部分彼此不同。因此，當(dāng)只通過激光焊接來接合貴金屬構(gòu)件和基部時，熔融部 中的源自于這貴金屬構(gòu)件和基部的成分的混合比不均一，而且很可能產(chǎn)生線膨脹系數(shù)之間 的差異局部很大的部分。近來，歸因于內(nèi)燃機的高輸出和低燃料消耗率的要求，對于發(fā)動機 的燃燒條件的要求變得苛刻，而且存在由冷卻/加熱循環(huán)引起的熱負荷顯著影響熔融部的 趨勢。雖然在接合之前的狀態(tài)下，已經(jīng)減小了貴金屬構(gòu)件的線膨脹系數(shù)和基部的線膨脹系 數(shù)之間的不同，但是依然存在不同，而且擔(dān)心熔融部中的源自于這兩部分的成分的混合比 不均一的部位產(chǎn)生裂紋、剝離等。為了解決上述問題，本發(fā)明的一個目的是提供一種火花塞，其中，該火花塞通過限 定源自于貴金屬構(gòu)件和基部的成分的分布而能夠防止位于從接地電極突出的點火部中的貴金屬構(gòu)件和基部之間的接合部處形成的熔融部中產(chǎn)生裂紋、剝離等。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種火花塞，所述火花塞包括中心電極；絕緣體，其具有沿所述絕緣體的軸線方向延伸的軸向孔，并且所述絕緣體在所述軸向孔中保持所述中心電極；金屬殼，其在周向上包圍并且保持所述絕緣體；接地電極，該接地電極的一端部被接合到所述金屬殼的前端面，該接地電極的另 一端部以使該另一端部的側(cè)面面對所述中心電極的前端部的方式彎曲；以及點火部，該點火部于所述接地電極的所述另一端部的所述側(cè)面在與所述中心電極 的前端部相對的位置處從所述側(cè)面朝向所述中心電極突出至少0. 5mm,其中，所述點火部包括基部，其主要含Ni，并且具有從所述側(cè)面朝向所述中心電極突出的形狀；貴金屬構(gòu)件，其主要含貴金屬，并且被接合到所述基部的突出前端，而且在所述貴 金屬構(gòu)件和所述中心電極的前端部之間形成火花放電間隙；以及熔融部，所述熔融部是通過從側(cè)方對所述貴金屬構(gòu)件和所述基部進行激光焊接而 將所述貴金屬構(gòu)件和所述基部的構(gòu)成材料熔合而形成的，其中，當(dāng)從所述點火部的由與所述點火部的突出方向平行的平面截開的截面觀察 時，所述熔融部在所述貴金屬構(gòu)件和所述基部之間形成如下形狀該形狀是沿與所述點火 部的突出方向垂直的方向從所述點火部的一個側(cè)面和另一側(cè)面中的每一方朝向沿所述點 火部的突出方向通過這兩個側(cè)面之間的中央的中心線延伸的形狀，其中，在所述點火部的所述截面中，點A表示在所述一個側(cè)面處，所述貴金屬構(gòu)件和所述熔融部之間的界面的位置，點B表示在所述一個側(cè)面處，所述基部和所述熔融部之間的界面的位置，點C表示所述貴金屬構(gòu)件和所述熔融部之間的界面的最靠近所述中心線的位置，點D表示所述基部和所述熔融部之間的界面的最靠近所述中心線的位置，將作為連接點A和點C的直線的線段AC分成四等份的三個等分點從點A側(cè)起依 次表示為點E、點F和點G，將作為連接點B和點D的直線的線段BD分成四等份的三個等分點從點B側(cè)起依 次表示為點H、點I和點J，將作為連接點E和點H的直線的線段EH分成四等份的三個等分點從點E側(cè)起依 次表示為點Kl、點K2和點K3，將作為連接點F和點I的直線的線段FI分成四等份的三個等分點從點F側(cè)起依 次表示為點Li、點L2和點L3，將作為連接點G和點J的直線的線段GJ分成四等份的三個等分點從點G側(cè)起依 次表示為點Ml、點M2和點M3，在點Kl、點Ll和點Ml處，源自于所述貴金屬構(gòu)件的成分占所述熔融部的成分的平 均比例P滿足P彡80%,在點K3、點L3和點M3處，源自于所述基部的成分占所述熔融部的成分的平均比例 Q滿足Q彡20%，并且
滿足P+Q ≤ 160%。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種火花塞，所述火花塞包括中心電極；絕緣體，其具有沿所述絕緣體的軸線方向延伸的軸向孔，并且所述絕緣體在所述 軸向孔中保持所述中心電極；金屬殼，其在周向上包圍并且保持所述絕緣體；接地電極，該接地電極的一端部被接合到所述金屬殼的前端面，該接地電極的另 一端部以使該另一端部的側(cè)面面對所述中心電極的前端部的方式彎曲；以及點火部，該點火部于所述接地電極的所述另一端部的所述側(cè)面在與所述中心電極 的前端部相對的位置處從所述側(cè)面朝向所述中心電極突出至少0. 5mm,其中，所述點火部包括基部，其主要含Ni，并且具有從所述側(cè)面朝向所述中心電極突出的形狀；貴金屬構(gòu)件，其主要含貴金屬，并且被接合到所述基部的突出前端，而且在所述貴 金屬構(gòu)件和所述中心電極的前端部之間形成火花放電間隙；以及熔融部，所述熔融部是通過從側(cè)方對所述貴金屬構(gòu)件和所述基部進行激光焊接而 將所述貴金屬構(gòu)件和所述基部的構(gòu)成材料熔合而形成的，其中，當(dāng)從所述點火部的由與所述點火部的突出方向平行的平面截開的截面觀察 時，所述熔融部在所述貴金屬構(gòu)件和所述基部之間形成如下形狀該形狀是沿與所述點火 部的突出方向垂直的方向從所述點火部的一個側(cè)面和另一側(cè)面中的每一方朝向沿所述點 火部的突出方向通過這兩個側(cè)面之間的中央的中心線延伸的形狀，其中，在所述點火部的所述截面中，點A表示在所述一個側(cè)面處，所述貴金屬構(gòu)件和所述熔融部之間的界面的位置，點B表示在所述一個側(cè)面處，所述基部和所述熔融部之間的界面的位置，點C表示所述貴金屬構(gòu)件和所述熔融部之間的界面的最靠近所述中心線的位置，點D表示所述基部和所述熔融部之間的界面的最靠近所述中心線的位置，將作為連接點A和點C的直線的線段AC分成四等份的三個等分點從點A側(cè)起依 次表示為點E、點F和點G，將作為連接點B和點D的直線的線段BD分成四等份的三個等分點從點B側(cè)起依 次表示為點H、點I和點J，將作為連接點E和點H的直線的線段EH分成四等份的三個等分點從點E側(cè)起依 次表示為點Kl、點K2和點K3，將作為連接點F和點I的直線的線段FI分成四等份的三個等分點從點F側(cè)起依 次表示為點Li、點L2和點L3，將作為連接點G和點J的直線的線段GJ分成四等份的三個等分點從點G側(cè)起依 次表示為點Ml、點M2和點M3，在點Kl、點Ll和點Ml處，源自于所述貴金屬構(gòu)件的成分占所述熔融部的成分的平 均比例P滿足P≤60%,在點K3、點L3和點M3處，源自于所述基部的成分占所述熔融部的成分的平均比例 Q滿足Q≤20%，并且
滿足P+Q ≤ 160%。在根據(jù)本發(fā)明的第一方面的火花塞中，熔融部中的靠近貴金屬構(gòu)件的部位，也就 是點Kl，Ll和Ml中的源自于貴金屬構(gòu)件的成分的平均比例P等于或高于80%。因為，激 光焊接是在瞄準(zhǔn)貴金屬構(gòu)件和基部之間的接合面的狀態(tài)下進行的，所以在貴金屬構(gòu)件和熔 融部之間的界面附近源自于貴金屬構(gòu)件的成分、也就是貴金屬的混合比高。在這些部位，如 上所述，源自于貴金屬構(gòu)件的成分的平均比例P等于或高于80%，從而可以獲得充足的對 歸因于內(nèi)燃機的操作的熱負荷而施加到貴金屬構(gòu)件和熔融部之間的界面附近的熱應(yīng)力的 耐力(維持接合狀態(tài)的強度)。需要將平均比例P限定成等于或高于80%，從而保證高品質(zhì)，根據(jù)本發(fā)明的該方 面，在嚴酷的實驗條件下得出該限定。因此，即使在較接近火花塞的實際使用的條件的更 溫和的實驗條件下得出對平均比例P的限定時，也可以保證應(yīng)對施加到貴金屬構(gòu)件和熔融 部之間的界面附近的熱應(yīng)力的足夠耐力。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，平均比例P等于或高于 60%。根據(jù)該第二方面，即使當(dāng)平均比例P等于或高于60%時，也可以保證足夠高的品質(zhì)， 也就是，可以獲得應(yīng)對施加到貴金屬構(gòu)件和熔融部之間的界面附近的熱應(yīng)力的足夠耐力。另一方面，根據(jù)本發(fā)明的第一和第二方面，熔融部中的靠近基部的部位，也就是點 K3、L3和M3處的源自于基部的成分的平均比例Q等于或高于20%。在該熔融部中，在熔融 部和基部之間的界面附近，源自于基部的成分、也就是Ni的混合比高。這里，貴金屬構(gòu)件主 要含貴金屬，然而基部主要包括Ni，從而這兩者的材料是不同的。因此，對施加到貴金屬構(gòu) 件和熔融部之間的界面附近的熱應(yīng)力的耐力和對施加到熔融部和基部之間的界面附近的 熱應(yīng)力的耐力是不同的。因為在使用火花塞時點火部接收的熱量從基部被轉(zhuǎn)移，因此施加 到貴金屬構(gòu)件和熔融部之間的界面附近的熱應(yīng)力和施加到基部和熔融部之間的界面附近 的熱應(yīng)力是不同的。從條件的不同出發(fā)，在該熔融部中，使靠近貴金屬構(gòu)件的部位的源自于 貴金屬構(gòu)件的成分的混合比和靠近基部的部位的源自于基部的成分的混合比不均。因此， 能夠充分防止歸因于熱應(yīng)力的裂紋、剝離等的產(chǎn)生，并且優(yōu)選地源自于基部的成分的平均 比例Q等于或高于20%。根據(jù)本發(fā)明的第一和第二方面，將P+Q限定成等于或小于160%。因此，可以防止 該熔融部中的靠近貴金屬構(gòu)件的部位的源自于貴金屬構(gòu)件的成分的混合比和靠近基部的 部位的源自于基部的成分的混合比之間的差值的增加。也就是，熔融部很有可能具有成分 混合比彼此不同的部位，并且這些部位趨于在這些部位之間產(chǎn)生線膨脹系數(shù)的差。根據(jù)本 發(fā)明，部位的線膨脹系數(shù)的差可以較小。結(jié)果，可以防止裂紋、剝離等的產(chǎn)生，并且維持更牢 固的焊接。還可以存在如下情況貴金屬構(gòu)件除了含貴金屬以外還含與基部的材料相同的材 料。在該熔融部中，貴金屬構(gòu)件的成分和基部的成分熔合。為了從點K1、L1和Ml的從點 KU Ll和Ml處觀察成分與基部的成分相同的成分中指定源自于貴金屬構(gòu)件的成分，首先， 從貴金屬構(gòu)件的成分中指定沒有含在基部中的成分(下文，稱為“特定成分”)，并且獲得熔 融部中的點K1、L1和Ml處的特定成分的含有率。根據(jù)貴金屬構(gòu)件的組成，推定點K1、L1和 Ml處的源自于貴金屬構(gòu)件的成分的混合比。這也適用于基部側(cè)的點K3、L3和M3。雖然點火部被布置在與中心電極的前端部相對的位置處，但是本發(fā)明的第一方面 和第二方面中所指的相對位置不嚴格是彼此面對的前端面的面和點火部的面彼此平行的狀態(tài)，也不是指中心電極和點火部沿軸線嚴格對齊的構(gòu)造。也就是，當(dāng)向根據(jù)本發(fā)明的第一 方面和第二方面的火花塞施加特定的電力時，只需要在中心電極的前端部和點火部之間形 成火花放電間隙即可。截開根據(jù)本發(fā)明的第一和第二方面的火花塞的截面是包括點火部的中心線的平 面。因此，當(dāng)點火部是柱狀時，是指包括點火部的軸線的平面。另一方面，當(dāng)點火部的垂直 于突出方向的截面的形狀是不規(guī)則的形狀時，當(dāng)突出方向的截面中的任意位置以坐標(biāo)的形 式表示時，平均坐標(biāo)的位置被認為是突出方向的截面中的中心位置。最靠近一系列截面的 各中心位置的直線被認為是點火部的中心線，可以知道點火部的包括中心線的截面。根據(jù)本發(fā)明的第一和第二方面，“主要成分”是指在含該主要成分(元素或化合 物)的所有成分中具有最高的含有率(重量％)的成分。例如，在Ni是主要成分的情況下， Ni元素的含有率比所有成分中的其它成分的含有率高。在M化合物是主要成分時，Ni化 合物的含有率而不是M元素的含有率比其它的成分高。在貴金屬是所有成分中的主要成 分的情況下，提取出被分類為貴金屬的元素或化合物，它們的含有率之和可以比其它的成 分的含有率高。具體地，例如，在40Pt-20Rh-40Ni的情況下，因為貴金屬Pt的含有率和貴 金屬Rh的含有率比Ni的含有率高，所以主要成分是貴金屬。然而，因為通過從點火部的側(cè)方瞄準(zhǔn)貴金屬構(gòu)件和基部之間的接合面進行激光焊 接而形成熔融部，所以熔融部在點火部的外表面暴露到空氣中。因為熔融部在從點火部到 接地電極的導(dǎo)熱路徑上被布置于基部的上游側(cè)，因此與基部相比，該熔融部很容易受到歸 因于內(nèi)燃機的操作的高溫下的氧化的影響。因此根據(jù)本發(fā)明的第一和第二方面，在點K1、 點K2和點K3處，源自于所述貴金屬構(gòu)件的成分占所述熔融部的成分的平均比例可以R滿 足R彡60%。當(dāng)靠近熔融部的外周的部位，也就是，點K1、K2和Κ3處的源自于貴金屬構(gòu)件 的成分的平均比例R等于或高于60%時，這些部位的貴金屬的含有率能夠增加到較高的程 度，由此提高耐氧化性并且充分地防止裂紋、剝離等的產(chǎn)生。根據(jù)本發(fā)明的第一和第二方面，平均比例R可以滿足R彡55[% ]。當(dāng)平均比例R 等于或高于55%時，能夠獲得高的耐氧化性，由此防止裂紋、剝離等的產(chǎn)生。即使在產(chǎn)生裂 紋的情況下，當(dāng)裂紋很小時，可以通過該接合部充分地保證貴金屬構(gòu)件和基部之間的接合， 由此獲得用于火花塞的實際使用的足夠的性能。根據(jù)本發(fā)明的第一和第二方面，基部可以由與接地電極不同的構(gòu)件制成。基部由 與接地電極不同的構(gòu)件形成，關(guān)于該基部，減小了貴金屬構(gòu)件和接地電極的線膨脹系數(shù)之 間的差異。如上所述，當(dāng)將熔融部中的源自于貴金屬構(gòu)件的成分和源自于基部的成分的混 合比進行限定時，可以增加這些構(gòu)件之間的接合強度，由此防止裂紋、剝離等的產(chǎn)生。貴金屬構(gòu)件和基部之間的接合強度的增加使得可以實現(xiàn)用于降低從貴金屬構(gòu)件 到接地電極的熱傳導(dǎo)的構(gòu)造。具體地，根據(jù)本發(fā)明的第一和第二方面，當(dāng)假設(shè)基部的導(dǎo)熱率 是W[W/(m*K)]時，接地電極的導(dǎo)熱率是X[W/(m*K)]，貴金屬構(gòu)件的導(dǎo)熱率是Y[W/(m*K)] 時，該構(gòu)造可以滿足Y > X^ff0在給定導(dǎo)熱率之間的關(guān)系的情況下，熱量更可能留在貴金 屬構(gòu)件中，然而，當(dāng)內(nèi)燃機自身的溫度特別是在內(nèi)燃機啟動期間低時，當(dāng)與火花放電間隙接 觸的貴金屬構(gòu)件處于高溫時，能夠適當(dāng)?shù)剡M行氣體燃料混合物的點火，由此獲得高的點火 性能。根據(jù)本發(fā)明的第一和第二方面，所述貴金屬構(gòu)件可以主要含Pt，并且含從Ir、Rh、W、Pd、Ru、Re、Ni、Al、Al203、Y和Y2O3中選出的一種以上的1重量％以上的物質(zhì)。使用此種 貴金屬構(gòu)件是優(yōu)選的，以獲得高的耐氧化性和耐火花損耗性。為了進一步提高點火性能，從而使得形成于火花放電間隙中的火焰核在成長期間 幾乎不與接地電極接觸，可以增加點火部的從接地電極的側(cè)面突出的突出量。然而，因為必 須確?；鸹ǚ烹婇g隙，接地電極自身需要從金屬殼進一步突出。于是，接地電極從燃燒室接 受的熱量增加，從而削弱了從點火部的導(dǎo)熱性能，并且，擔(dān)心施加到點火部上的熱負荷進一 步增 加。然而，在此情況下，根據(jù)本發(fā)明的第一和第二方面，當(dāng)從所述點火部的由與所述點 火部的突出方向平行的平面截開的截面觀察時，從所述熔融部的在軸線方向上最靠近所述 金屬殼的前端面的位置到所述前端面的最短距離可以等于或大于4mm。在點火部被設(shè)置成 具有上述構(gòu)造的情況下，點火部被暴露到更加嚴酷的使用條件。然而，根據(jù)本發(fā)明的第一和 第二方面的火花塞能夠通過限定熔融部中的源自于貴金屬構(gòu)件的成分和源自于基部的成 分的混合比而能夠防止裂紋、剝離等的產(chǎn)生，并且進一步增強這些構(gòu)件之間的接合強度，該 火花塞能夠充分地忍受嚴酷的條件并且能夠被適當(dāng)?shù)厥褂谩８鶕?jù)本發(fā)明的第一和第二方面，所述接地電極的與從所述一端部向所述另一端部 延伸的方向垂直的截面的面積等于或小于4mm2。當(dāng)截面面積形成4mm2以下的針狀時，減小 導(dǎo)熱路徑上的熱流量，從而削弱了點火部的導(dǎo)熱性能。然而，根據(jù)本發(fā)明的第一和第二方面 的火花塞能夠通過限定熔融部中的源自于貴金屬構(gòu)件的成分和源自于基部的成分的混合 比而增強這些構(gòu)件之間的接合強度，可以充分地防止裂紋、剝離等的產(chǎn)生，并且可以適當(dāng)?shù)?使用該火花塞。


圖1是火花塞100的局部截面圖。圖2是火花塞100的如圖1的雙點劃線S所示的前端部的放大的局部截面圖。圖3是沿包括中心線Z的平面截取的點火部80的截面圖。圖4是沿包括中心線Z的平面截取的形成有不同形狀的熔融部185的點火部180 的截面圖。圖5是用于說明可能發(fā)生在點火部80中的裂紋、剝離等的形狀的圖。圖6是用于說明可能發(fā)生在點火部180中的裂紋、剝離等的形狀的圖。圖7是沿包括中心線Z的平面截取的形成有不同形狀的熔融部285的點火部280 的截面圖。圖8是沿包括中心線Z的平面截取的形成有不同形狀的熔融部385的點火部380 的截面圖。圖9是沿包括中心線Z的平面截取的形成有不同形狀的熔融部485的點火部480 的截面圖。圖10是沿包括中心線Z的平面截取的形成有不同形狀的熔融部585的點火部580 的截面圖。
具體實施例方式以下，將參考

根據(jù)本發(fā)明的實施方式的火花塞。首先，參考圖1和圖2，將說明作為實施例的火花塞100的構(gòu)造。在圖1和圖2中，火花塞100的軸線O方向表示圖 中的上下方向，下側(cè)表示火花塞100的前端側(cè)，上側(cè)表示火花塞100的后端側(cè)。
如圖1所示，火花塞100主要具有如下構(gòu)造中心電極20被保持于軸向孔12的前 端側(cè)，后端側(cè)的金屬端子(terminal metalfixture) 40由絕緣體10保持，以及絕緣體10的 徑向外周被金屬殼50包圍和保持。接地電極30被接合到金屬殼50的前端面57，并且接地 電極30的另一端部(前端部31)側(cè)被彎曲以面對中心電極20的前端部22。首先，將說明火花塞100的絕緣體10。已知的是，通過對氧化鋁等進行燒結(jié)而形成 絕緣體10，并且該絕緣體10具有軸向孔12在軸向中心沿軸線0方向延伸的筒狀形狀。外 徑最大的凸緣部19形成于軸線0方向的大致中央，并且后端側(cè)桿部(shankpart) 18形成于 凸緣部19后方的后端側(cè)(圖1中的上側(cè))。外徑比后端側(cè)桿部18的外徑小的前端側(cè)桿部 17形成于凸緣部19前側(cè)的前端側(cè)(圖1中的下側(cè))。外徑比前端側(cè)桿部17的外徑小的長 腿部13形成于前端側(cè)桿部17前側(cè)的前端側(cè)。長腿部13的直徑朝向前端側(cè)減小，并且當(dāng)火 花塞100被安裝到內(nèi)燃機的氣缸蓋(cylinder head)(未示出)時，該長腿部13露出到發(fā) 動機的燃燒室。臺階部15臺階狀地形成于長腿部13和前端側(cè)桿部17之間。接著，將說明中心電極20。中心電極20是具有如下結(jié)構(gòu)的棒狀電極由銅或主 要含銅的合金制成的導(dǎo)熱性比基材24的導(dǎo)熱性好的芯材25被埋設(shè)于如Inconel 600或 Inconel 601 (商標(biāo)名)等由Ni或主要含Ni的合金制成的基材24中。中心電極20被保持 于絕緣體10的軸向孔12的前端側(cè)中。如圖2所示，中心電極20的前端部22從絕緣體10 的前端側(cè)的前端向前突出。中心電極20的前端部22形成為越向前端側(cè)直徑越小，并且由 貴金屬制成以提高耐火花損耗性的電極頭90被接合到前端部22的前端面。在絕緣體10的前端附近，在軸向孔12的內(nèi)周面和中心電極20的與所述內(nèi)周 面相對的外周面之間設(shè)置有小間隙。在加熱過程中，在此間隙中發(fā)生電暈放電(corona discharge)，附著在絕緣體10的前端附近的碳被燒掉(burn out)，從而火花塞100能夠恢 復(fù)火花放電間隙中的絕緣電阻。如圖1所示，中心電極20在軸向孔12中向后端側(cè)延伸并 且經(jīng)由沿軸線0方向延伸的導(dǎo)電密封構(gòu)件4和陶瓷電阻器3被電連接到后側(cè)(圖1中的上 側(cè))的金屬端子40。高壓電纜(未示出)經(jīng)由火花塞插頭(plug cab)(未示出)被連接到 金屬端子40，并且施加高電壓。接著，將說明金屬殼50。如圖1所示，金屬殼50是筒狀的殼，用于將火花塞100固 定到內(nèi)燃機的發(fā)動機蓋(未示出)。金屬殼50利用它的筒狀孔保持絕緣體10，從而包圍絕 緣體10的從后端側(cè)桿部18的一部分延伸到長腿部13的部位。金屬殼50由低碳鋼材料制 成，并且包括工具接合部51，未示出的火花塞扳手可以接合到此工具接合部；設(shè)置有螺紋 的安裝螺紋部52，安裝螺紋部52可以被擰進發(fā)動機蓋的安裝孔(未示出)中。凸緣狀密封部54形成于金屬殼50的工具接合部51和安裝螺紋部52之間。通過 彎曲板構(gòu)件而形成的環(huán)狀墊圈5被插入裝配到安裝螺紋部52和密封部54之間的螺紋頭 59。當(dāng)火花塞100被安裝到發(fā)動機蓋的安裝孔(未示出)中時，環(huán)狀墊圈5在密封部54的 座面55(seating surface)和安裝孔的開口周緣(opening rim)之間壓縮變形，以密封兩 者之間的空隙，由此防止發(fā)動機中的氣體經(jīng)由此安裝孔泄露。薄彎邊部(thin swaged portion) 53被設(shè)置于金屬殼50的工具接合部51后 方的后端側(cè)。在工具接合部51和密封部54之間設(shè)置有與薄彎邊部53 —樣薄的彎曲部(buckling part) 58。環(huán)狀圈構(gòu)件6和7介于金屬殼50的從工具接合部51延伸到彎邊部53的內(nèi)周面和絕緣體10的后端側(cè)桿部18的外周面之間?；?滑石)9被填充到兩個 環(huán)狀圈構(gòu)件6和7之間。通過將彎邊部53向內(nèi)彎邊，在環(huán)狀圈構(gòu)件6和7和滑石粉9介于 絕緣體10和金屬殼50之間的狀態(tài)下，將絕緣體10在金屬殼50中朝向前端側(cè)擠壓。因此， 絕緣體10的臺階部15被形成于金屬殼50的安裝螺紋部52的內(nèi)周面處的臺階部56支撐， 其中，在該支撐部位，環(huán)形板狀密封件8介于臺階部15和臺階部56之間，從而使金屬殼50 和絕緣體10 —體化。這里，通過板狀密封件8來保持金屬殼50和絕緣體10之間的氣密性， 從而防止燃燒氣體的泄露。由于彎邊過程中施加的壓縮力，彎曲部58被構(gòu)造成向外彎曲。 通過該彎曲部58，增加滑石粉9的沿軸線O方向的壓縮長度，由此增強金屬殼50的氣密性。接著，將說明接地電極30。如圖2所示，接地電極30是具有矩形截面的棒狀電極， 該接地電極30的一端部(基端部32)被接合到金屬殼50的前端面57。該接地電極30從 基端部32沿軸線0方向延伸，并且在其彎曲部34處以使另一端部(前端部31)的側(cè)面(內(nèi) 表面33)面對中心電極20的前端部22的方式彎曲。接地電極30與中心電極20類似，是 如Inconel 600或Inconel 601 (商標(biāo)名)等由Ni或主要含Ni的合金制成的。接地電極30的前端部31設(shè)置有點火部80，該點火部80是截面面積為4mm2以下 的柱狀(針狀)并且從內(nèi)表面33向中心電極20突出至少0. 5mm。通過在接地電極30的內(nèi) 表面33上將柱狀貴金屬構(gòu)件81接合到從內(nèi)表面33向中心電極20突出的柱狀基部82的 突出前端而形成根據(jù)該實施方式的點火部80。貴金屬構(gòu)件81主要含Pt和從Ir、Rh、W、Pd、 Ru、Re、Ni、Al、Al203、Y、Y203中選出的一種或多種含量為1重量％以上成分，并且具有優(yōu)良 的耐火花損耗性。通過激光焊接而實現(xiàn)接地電極30的貴金屬構(gòu)件81和基部82的彼此接 合，在貴金屬構(gòu)件81和基部82之間的接合部中，由熔融且彼此混合的貴金屬構(gòu)件81和基 部82的構(gòu)成材料(成分)形成熔融部85。在點火部80中，貴金屬構(gòu)件81被設(shè)置在與中心電極20的前端部22 (更具體地， 接合到前端部22的電極頭90)相對的位置處，并且在這兩者之間形成火花放電間隙GAP。 以如下方式構(gòu)造接地電極30 使前端部31較向軸線0方向的前端突出。具體地，從點火部 80的熔融部85的在軸線0方向上最靠近金屬殼50的前端面57的位置處的部位到前端面 57的最短距離等于或大于4mm。也就是，當(dāng)火花塞100與發(fā)動機組裝在一起時，以將火花放 電間隙GAP配置在燃燒室的靠中心側(cè)的方式來構(gòu)造。只要在中心電極20的前端部22和點火部80之間形成了火花放電間隙GAP，那么 彼此相對的中心電極20的前端部22和點火部80之間的對應(yīng)關(guān)系就足夠了，而且點火部80 和電極頭90的相對的面(彼此面對的面)可以不需要具有嚴格的對應(yīng)關(guān)系。因此，火花塞 100的軸線0和點火部80的中心線Z可以不必嚴格地彼此對準(zhǔn)。這里，點火部80的中心線 Z是指如下的線該線穿過與點火部80的突出方向(也就是，點火部80從接地電極30的 內(nèi)表面33向中心電極20突出的方向)垂直的截面的中心并且與突出方向平行的直線或近 似直線。在具有根據(jù)本實施方式的上述構(gòu)造的火花塞100中，如上所述，通過激光焊接進 行點火部80的貴金屬構(gòu)件81和基部82的接合。具體地，貴金屬構(gòu)件81和基部82在點火 部80的突出方向上(從內(nèi)表面33向中心電極20的方向，以及后述的中心線Z的方向)彼 此重疊。在此狀態(tài)下，為了瞄準(zhǔn)貴金屬構(gòu)件81和基部82之間的接合面，激光束從一側(cè)(在中心線Z被用作軸線的情況下，半徑方向的外側(cè))被射向中心線Z并且繞著周向移動。因 此，在貴金屬構(gòu)件81和基部82之間，產(chǎn)生由這兩者的熔融且彼此混合的構(gòu)成材料(成分) 形成的熔融部85，并且形成這兩者被彼此接合為一體的點火部80。此時可以連續(xù)地或間歇 地進行激光束的照射，然而，在間歇照射的情況下，優(yōu)選地，激光束的照射位置彼此重疊，從 而當(dāng)從點火部80的外周側(cè)觀察時，貴金屬構(gòu)件81和基部82之間的接合面的位置是熔融部 85。 然而，因為主要含Pt的貴金屬構(gòu)件81的線膨脹系數(shù)和主要含Ni的基部82的線 膨脹系數(shù)之間存在不同，所以存在如下?lián)臍w因于貴金屬構(gòu)件81與熔融部85之間的界 面附近或基部82與熔融部85之間的界面附近的熱應(yīng)力，可能發(fā)生裂紋、剝離等。為了防止 發(fā)生這種情況，優(yōu)選地，熔融部85的線膨脹系數(shù)接近貴金屬構(gòu)件81或基部82的線膨脹系 數(shù)。這里，在熔融部85中，源自于貴金屬構(gòu)件81的成分和源自于基部82的成分被彼此混 合，然而，源自于各構(gòu)件(貴金屬構(gòu)件81和基部82)的成分的混合比在整個熔融部85上不 均勻，并且熔融部85的各部分彼此不同。在靠近貴金屬構(gòu)件81的一側(cè)，隨著源自于貴金屬 構(gòu)件81的成分的混合比的增加，線膨脹系數(shù)之間的差異能夠被降低，從而能夠增加應(yīng)對貴 金屬構(gòu)件81和熔融部85之間的界面附近的熱應(yīng)力的耐力(保持這兩者之間的接合狀態(tài)的 強度)。同樣地，在靠近基部82的部位，隨著源自于基部82的成分的混合比的增加，能夠增 加應(yīng)對基部82和熔融部85之間的界面附近的熱應(yīng)力的耐力。如上所述，為了使熔融部85 的各部位的源自于各構(gòu)件的成分的混合比處于目標(biāo)范圍，可以設(shè)定進行調(diào)節(jié)的各種條件， 諸如在焊接過程中激光束的照射位置、照射角度、輸出、照射時間等。首先，因為主要含于貴金屬構(gòu)件81中的貴金屬和主要含于基部82中的Ni是不同 的材料，所以對貴金屬構(gòu)件81和熔融部85之間的界面附近的熱應(yīng)力的耐力和對基部82和 熔融部85之間的界面附近的熱應(yīng)力的耐力是彼此不同的。因為在使用火花塞100時施加 到點火部80的熱量從基部82側(cè)被轉(zhuǎn)移，所以施加到貴金屬構(gòu)件81和熔融部85之間的界 面附近的熱應(yīng)力和施加到基部82和熔融部85之間的界面附近的熱應(yīng)力之間存在差異。從 該點考慮，在熔融部85中，在靠近貴金屬構(gòu)件81的位置的源自于貴金屬構(gòu)件81的成分的 混合比或在靠近基部82的位置的源自于基部82的成分的混合比不被設(shè)定成均勻，但是根 據(jù)部位而設(shè)定混合比對于適當(dāng)?shù)胤乐箽w因于熱應(yīng)力的裂紋、剝離等的產(chǎn)生很重要。因此，根 據(jù)該實施方式，在熔融部85的特定部位獲得熔融部85的組成成分，并且限定該特定部位的 源自于貴金屬構(gòu)件81的成分和源自于基部82的成分之間的混合比。下文，將參考圖3和圖4說明對熔融部85的特定部位的組成的限定。如圖3所示， 根據(jù)該實施方式，點火部80的熔融部85形成為從點火部80的側(cè)方側(cè)(lateral side)達 到中心線Z的深度。也就是，在點火部80的截面中，在點火部80的輪廓線內(nèi)，在一側(cè)面83 和另一側(cè)面84之間的與中心線Z垂直的方向上，熔融部85在兩側(cè)面83和84之間連續(xù)。在具有上述形狀的熔融部85的截面中，以如下表示的順序確定特定部位(點A、B、 C、D、E、F、G、H、I、J、K1至K3、L1至L3和Ml至M3)。首先，在點火部80的一側(cè)面83上，貴 金屬構(gòu)件81和熔融部85之間的界面的位置表示為點A，熔融部85和基部82之間的界面的 位置表示為點B。貴金屬構(gòu)件81和熔融部85之間的界面的最靠近中心線Z的位置表示為 點C，同樣地，基部82和熔融部85之間的界面的最靠近中心線Z的位置表示為點D。在熔 融部85在兩側(cè)面83和84之間連續(xù)的點火部80的情況下，貴金屬構(gòu)件81和熔融部85之間的界面的在中心線ζ上的位置表示為點C，基部82和熔融部85之間的界面的在中心線Z 上的位置表示為點D。接著，將連接點A和點C的線段AC分成四等份的三個等分點從點A 側(cè)起依次表示為點E、點F和點G。同樣地，將連接點B和點D的線段BD分成四等份的三個 等分點從點B側(cè)起依次表示為點H、點I和點J。將連接點E和點H的線段EH分成四等份 的三個等分點從點B側(cè)起依次表示為點K1、點K2和點K3。將連接點F和點I的線段FI分 成四等份的三個等分點從點F側(cè)起依次表示為點Li、點L2和點L3。將連接點G和點J的 線段GJ分成四等份的三個等分點從點G側(cè)起依次表示為點Ml、點M2和點M3。如圖4所示，即使在形成于點火部180中的熔融部185沒有形成從側(cè)面83或側(cè) 面84到達中心線Z的深度的情況下，也同樣地確定特定部位(點A、B、C、D、E、F、G、H、I、 J、Kl至K3、Ll至L3和Ml至M3)的順序。首先，在點火部80的一側(cè)面83上，貴金屬構(gòu)件 81和熔融部185之間的界面的位置表示為點A，熔融部185和基部82之間的界面的位置表 示為點B。貴金屬構(gòu)件81和熔融部185之間的界面的最靠近中心線Z的位置表示為點C， 同樣地，基部82和熔融部185之間的界面的最靠近中心線Z的位置表示為點D。如圖4所 示，在熔融部185在中心線Z的方向上形成為稍稍靠近貴金屬構(gòu)件81的情況下，點D是貴 金屬構(gòu)件81和基部82之間的接合面與基部82和熔融部185之間的界面的交點位置。這 里，雖然在圖中沒有示出，但是例如，在進行激光焊接從而允許熔融部的最深的位置是貴金 屬構(gòu)件和基部之間的接合面的位置等的情況下，當(dāng)貴金屬構(gòu)件和熔融部之間的界面的最靠 近中心線Z的位置和基部和熔融部之間的界面的最靠近中心線Z的位置相同時，點C和點D 的位置相同。接著，如圖4所示，將連接點A和點C的線段AC分成四等份的三個等分點從 點A側(cè)起依次表示為點E、點F和點G。同樣地，將連接點B和點D的線段BD分成四等份的 三個等分點從點B側(cè)起依次表示為點H、點I和點J。此后，如上述說明一樣，將連接點E和 點H的線段EH分成四等份的三個等分點從點E側(cè)起依次表示為點K1、點K2和點K3。將連 接點F和點I的線段FI分成四等份的三個等分點從點F側(cè)起依次表示為點Li、點L2和點 L3。將連接點G和點J的線段GJ分成四等份的三個等分點從點G側(cè)起依次表示為點Ml、點 M2禾口點M3。在該實施方式中，測量熔融部85在各特定部位、即點K1、點Ll和點Ml處的組成， 得到各特定部位的源自于貴金屬構(gòu)件81的成分的比例，當(dāng)?shù)玫竭@些成分比例的平均比例P 時，將此比例限定成使得P彡60[% ]，更優(yōu)選地，滿足P彡80[%]o同樣地，測量各特定部 位、即點K3、點L3和點M3處的熔融部85的組成，得到各特定部位的源自于基部82的成分 的比例，當(dāng)?shù)玫竭@些成分比例的平均比例Q時，將此比例限定成使得滿足Q彡20[% ]。限 定成使得獲得的平均比例P和平均比例Q滿足P+Q ^160[%]o測量熔融部85在各特定 部位、即點Kl，點K2和點K3處的組成，得到各特定部位的源自于貴金屬構(gòu)件81的成分的比 例，當(dāng)?shù)玫竭@些成分比例的平均比例R時，將此比例限定成使得R > 55[% ]，更優(yōu)選地，滿 足R 彡 60[% ]。這里，在熔融部85的各特定部位，將說明得到源自于目標(biāo)構(gòu)件的成分的平均比例 的方法。例如，得到熔融部85中的各特定部位、即點K1、點Ll和點Ml處的源自于貴金屬構(gòu) 件81的成分的平均比例P的方法如下。(1)預(yù)先測量貴金屬構(gòu)件81的組成和基部8 2的組成，將這兩者的成分相互比較， 明確含在貴金屬構(gòu)件81中而基部82中沒有的成分(特定成分)。
(2)然后，測量熔融部85在特定部位點Kl處的組成，得到含在該特定部位處的貴金屬構(gòu)件81的特定成分的單位含量(含有率)。(3)從特定部位點Kl處的特定成分的含有率和貴金屬構(gòu)件81的組成出發(fā)，推定特 定位置點Kl處的源自于貴金屬構(gòu)件81的成分的混合比，也就是，源自于貴金屬構(gòu)件81的 成分的比例。(4)在特定部位、即點Ll和點Ml處執(zhí)行步驟(2)和(3)，得到各特定部位、即點 K1、點Ll和點Ml處的源自于貴金屬構(gòu)件81的成分的比例的平均值(平均比例P)。以與上述順序相同的順序，得到熔融部85中的特定部位、即點K3、點L3和點M3的 源自于基部82的成分的平均比例Q，或熔融部85中的特定部位、即點K1、點K2和點K3的 源自于貴金屬構(gòu)件81的成分的平均比例R。從后述的實施例1能夠證明，當(dāng)如上所述的熔融部85中的特定部位、即點K1、點 Ll和點Ml的源自于貴金屬構(gòu)件81的成分的平均比例P等于或高于80%時，可以充分地防 止在貴金屬構(gòu)件81和熔融部85之間的界面附近處產(chǎn)生裂紋、剝離等。首先，在嚴酷的試驗 條件下進行實施例1，且根據(jù)后述的實施例2，能夠證明即使當(dāng)P ^ 60[% ]時，仍可以充分 地防止裂紋、剝離等的產(chǎn)生。另一方面，從后述的實施例1能夠證明，當(dāng)熔融部85中的特定 部位、即點K3、點L3和點M3的源自于基部82的成分的平均比例Q等于或高于20%時，可 以充分地防止在基部82和熔融部85之間的界面附近產(chǎn)生裂紋、剝離等。當(dāng)關(guān)注平均比例 P加上平均比例Q而得到的P+Q時，隨著P+Q變高，熔融部85內(nèi)的貴金屬構(gòu)件81側(cè)的部位 和基部82側(cè)的部位之間的源自于貴金屬構(gòu)件81的成分和源自于基部82的成分的混合比 也顯著改變。根據(jù)后述的實施例1，當(dāng)P+Q等于或小于160%時，能夠看出，通過防止熔融部 85中的自于貴金屬構(gòu)件81的成分和源自于基部82的成分的混合比的變化，可以減少熔融 部85中的裂紋、剝離等的產(chǎn)生。然而，因為通過從點火部80的側(cè)方指向貴金屬構(gòu)件81和基部82之間的接合面進 行激光焊接而形成熔融部85，所以熔融部85在以中心線Z作為軸線的點火部80的外周面 暴露到空氣。因為在從點火部80到接地電極30的導(dǎo)熱路徑上，熔融部85位于基部82的上 游側(cè)。與基部82相比，該熔融部85在歸因于發(fā)動機的操作的高溫下更容易受到氧化的影 響，在嚴酷的加熱/冷卻的條件下，熔融部85在暴露的部分發(fā)生氧化消耗，從而擔(dān)心造成產(chǎn) 生裂紋、剝離等。從這一點考慮，優(yōu)選地，在熔融部85中，含于靠近點火部80的外周面的具 有高抗氧化性的貴金屬較多。根據(jù)后述的實施例3，能夠看出，當(dāng)特定部位、即點Kl、點K2和 點K3處的源自于貴金屬構(gòu)件81的成分的平均比例R等于或高于60%時，可以有效地防止 熔融部85的歸因于氧化的消耗?？梢钥闯觯词巩?dāng)平均比例R等于或高于55%時，也可以 防止由于熔融部85的氧化消耗而造成的裂紋、剝離等的產(chǎn)生，即使產(chǎn)生裂紋，裂紋也很小， 不會造成貴金屬構(gòu)件81的脫落。也就是，當(dāng)平均比例R等于或高于55%時，可以有效地通 過熔融部85來保證貴金屬構(gòu)件81和基部82之間的接合，由此為火花塞100的實際使用獲 得足夠的性能。在點火部80的垂直于其突出方向(中心線Z的方向)的截面面積等于或小于4mm2 并且具有從內(nèi)表面33突出至少0. 5mm的柱狀(針狀)的點火部80中，導(dǎo)熱路徑中的熱流 量被減小，從而與設(shè)置有較大的截面面積的點火部的情況相比削弱了導(dǎo)熱性能。然而，如上 所述，通過限定熔融部85中的源自于貴金屬構(gòu)件81的成分和源自于基部82的成分的混合比并且增加貴金屬構(gòu)件81和基部82之間的接合強度，能夠防止裂紋、剝離等的產(chǎn)生的點火 部80能夠充分地忍受更加嚴酷的加熱/冷卻循環(huán)條件。以如下方式來構(gòu)造點火部80 使從熔融部85中的在軸線0方向上最靠近金屬殼 50的前端面57的位置處的部位到前端面57的最短距離等于或大于4mm。也就是，接地電 極30的前端部31被構(gòu)造成向軸線0方向上的前端側(cè)進一步突出，并且構(gòu)造成使得當(dāng)火花 塞100被安裝到未示出的發(fā)動機時，火花放電間隙GAP設(shè)置到燃燒室的靠中心側(cè)。此種構(gòu) 造有效地提高了點火性能，然而，另一方面，接地電極30的前端部31需要從金屬殼50進一 步突出。然后，接地電極30從燃燒室接受的熱量增加，從而削弱了從點火部80的導(dǎo)熱性 能，此外，擔(dān)心施加到熔融部85上的熱負荷進一步增加。然而，如上所述，通過限定熔融部 85中的源自于貴金屬構(gòu)件81的成分和源自于基部82的成分的混合比并且增加這兩個構(gòu)件 之間的接合強度，能夠防止產(chǎn)生裂紋、剝離等的點火部80能夠充分地忍受更加嚴酷的加熱 /冷卻循環(huán)條件。
為了使熔融部85的各特定部位的源自于各構(gòu)件的成分的混合比處于目標(biāo)范圍， 如上所述地設(shè)定在焊接過程中的如激光束的照射位置、照射角度、輸出、照射時間等各種條 件。具體地，與圖7所示的點火部280 —樣，當(dāng)將熔融部85的形成位置(激光焊接過程中 激光束的照射位置)確定為沿中心線Z比貴金屬構(gòu)件81和基部82之間的接合面靠近貴金 屬構(gòu)件81的位置時，熔融部285中的源自于貴金屬構(gòu)件81的成分的混合比能夠被增加成 比源自于基部82的成分的混合比高。另外，像圖8所示的點火部380那樣，在激光束指向 貴金屬構(gòu)件81和基部82之間的接合面的情況下，當(dāng)通過使激光束從靠近貴金屬構(gòu)件81的 位置在相對于中心線Z傾斜的方向上照射來形成熔融部385時，與熔融部285 (參見圖7) 相似，熔融部385中的源自于貴金屬構(gòu)件81的成分的混合比能夠被增加成比源自于基部82 的成分的混合比高。即使熔融部285和熔融部385形成為上述形狀也以上述順序確定特定 部位時，通過獲得特定部位、即點Kl、點Ll和點Ml處的源自于貴金屬構(gòu)件81的成分的平均 比例P，能夠確認貴金屬構(gòu)件81和熔融部285或385之間的界面附近的混合比，通過獲得特 定部位、即點K3、點L3和點M3處的源自于基部82的成分的平均比例Q，能夠確認貴金屬構(gòu) 件81和熔融部285或385之間的界面附近的混合比。不用說，能夠?qū)Ρ景l(fā)明進行多種變型。例如，通過激光焊接進行貴金屬構(gòu)件81與 基部82的接合，然而，也可以進行電子束焊接(electron beam welding)。激光焊接不限于 使激光束瞄準(zhǔn)貴金屬構(gòu)件81和基部82之間的接合面的狀態(tài)下沿垂直于中心線Z的方向照 射，也可以使激光束在瞄準(zhǔn)貴金屬構(gòu)件81和基部82之間的接合面的狀態(tài)下沿相對于中心 線Z傾斜的方向進行照射。本發(fā)明也適用于貴金屬構(gòu)件481的外徑比基部82的外徑小的情況，或者雖然在圖 中沒有示出，像圖9所示的點火部480的情況那樣，本發(fā)明也適用于貴金屬構(gòu)件的外徑比基 部的外徑大的情況?？梢砸耘c本實施方式相同的順序來確定形成于貴金屬構(gòu)件481和基部 82之間的熔融部485中的特定部位。也就是，通過獲得特定部位、即點K1、點Ll和點Ml處 的源自于貴金屬構(gòu)件481的成分的平均比例P，能夠確認貴金屬構(gòu)件481和熔融部485之間 的界面附近的混合比。通過獲得特定部位、即點K3、點L3和點M3處的源自于基部82的成 分的平均比例Q，能夠確認基部82和熔融部485之間的界面附近的混合比。為了進一步地提高貴金屬構(gòu)件81和基部82之間的接合強度，像如圖10所示的點火部580那樣，由與接地電極530的不同的構(gòu)件制成基部582，此時，允許基部582具有介于 貴金屬構(gòu)件581的線膨脹系數(shù)和接地電極530的線膨脹系數(shù)之間的線膨脹系數(shù)。因為基部 582主要含Ni，即使當(dāng)進行電阻焊接而形成熔融部586以將基部582接合到也由Ni制成或 含有附作為主要成分的接地電極530的內(nèi)表面533上時，也能夠獲得足夠的接合強度。對 于具有上述形狀的點火部580，可以以與本實施方式相同的順序確定熔融部585中的特定 部位。也就是，通過獲得特定部位、即點K1、點L1和點Ml處的源自于貴金屬構(gòu)件581的成 分的平均比例P，能夠確認貴金屬構(gòu)件581和熔融部585之間的界面附近的混合比。通過獲 得特定部位、即點K3、點L3和點M3處的源自于基部582的成分的平均比例Q，能夠確認基 部582和熔融部585之間的界面附近的混合比。如上所述，在點火部580中，通過將作為不同構(gòu)件的基部582設(shè)置于貴金屬構(gòu)件 581和接地電極530之間，使得能夠?qū)崿F(xiàn)貴金屬構(gòu)件581和基部582之間的接合強度的進 一步提高，該點火部580使得可以實現(xiàn)減少從貴金屬構(gòu)件581到接地電極530的熱傳導(dǎo)的 構(gòu)造。具體地，當(dāng)假設(shè)基部582的導(dǎo)熱率是W[W/(m K)]，接地電極530的導(dǎo)熱率是X[W/ (m*K)]，貴金屬構(gòu)件581的導(dǎo)熱率是Y[W/(m*K)]時，該構(gòu)造滿足Y > X彡W。在給定導(dǎo)熱 率之間的上述關(guān)系時，熱量更可能集中在貴金屬構(gòu)件581中，然而，當(dāng)發(fā)動機自身的溫度特 別是在發(fā)動機啟動階段低時，當(dāng)與火花放電間隙GAP(見圖2)接觸的貴金屬構(gòu)件581處于 高溫時，火焰核的淬滅降低，能夠適當(dāng)?shù)剡M行氣體燃料混合物的點火，由此獲得高的點火性 能。也可以將與本實施方式的點火部相同的點火部設(shè)置到如下火花塞(未示出)在 該火花塞中，以使接地電極的前端部面對中心電極的側(cè)面的方式來形成接地電極的彎曲 部。在此情況下，接地電極的面對中心電極側(cè)(中心電極的側(cè)面)的表面被定義成側(cè)面，可 以在該側(cè)面設(shè)置點火部。另外，在中心電極20的前端部22設(shè)置與本實施方式的點火部80 相同的點火部80，以替代電極頭90 (參見圖2)。實施例1如上所述，進行評價試驗，以確認限定形成于火花塞100的點火部80的熔融部85 中的特定部位處的構(gòu)成該熔融部85的成分的優(yōu)點。在該評價試驗中，在通過激光焊接將貴 金屬構(gòu)件81接合到設(shè)置到接地電極30上的基部82之后，制造形成有點火部80的火花塞 100的試驗樣品，在形成點火部80的過程中，將激光束的照射位置、照射角度、輸出、照射時 間等適當(dāng)?shù)卦O(shè)定在如下范圍中，以形成各種形狀的熔融部85。脈沖寬度=1至30msec脈沖照射次數(shù)5至24次—次照射發(fā)出的能量1至3J脈沖波形矩形或帶角的形狀(angular)焊點直徑0. 15mm 0. 5mm照射位置從貴金屬構(gòu)件和基部的接合面的位置起在軸線Z方向上的士0. 1mm以 內(nèi)。在上述設(shè)定的條件下通過照射激光束，在貴金屬構(gòu)件81和基部82上進行激光焊 接，為不同形狀的各熔融部85的樣品準(zhǔn)備多個樣品。接著，從每個樣品類型中選擇一個樣 品，并且沿通過點火部80的中心線Z的截面將此樣品切斷。然后，通過使用已知的EPMA (例如，WDS，焊點直徑20i!m，加速電壓20kV)測量存在于各特定部位中的元素，而獲得如上所 述確定的各特定部位、即點K1、K3、L1、L3、M1和M3處的熔融部85的組成。此外，以上述順 序測量特定部位、即點K1、點L1和點Ml處的源自于貴金屬構(gòu)件81的成分的平均比例P，及 特定部位、即點K3、點L3和點M3處的源自于基部82的成分的平均比例Q。通過得到的平 均比例P和Q的組合對樣品類型進行分類，并且對各樣品賦予序號。對于各樣品類型，得到 平均比例P和平均比例Q之和。對于各樣品，在點火部80處利用燃燒器對設(shè)置有點火部80的接地電極30的前端 部31進行加熱并且將前端部31的溫度維持在1000°C兩分鐘之后，進行1分鐘冷卻(慢速 冷卻)以將前端部31的溫度降低到300°C。將此設(shè)定為1個循環(huán)，在1000個循環(huán)之后，沿 通過中心線Z的截面將各樣品的點火部80切斷，使用放大鏡觀察熔融部85。觀察在熔融 部85中產(chǎn)生裂紋或剝離的部分，發(fā)生的裂紋或剝離的部位被分類成貴金屬構(gòu)件81和熔融 部85的界面附近、基部82和熔融部85的界面附近、熔融部85內(nèi)部，并且測量它們在與中 心線Z垂直的方向上的長度。具體地，如圖5和圖6所示，在貴金屬構(gòu)件81和熔融部85(圖6中的熔融部185) 之間的界面附近發(fā)生裂紋、剝離等的情況下，產(chǎn)生的形狀被分類為a。在產(chǎn)生裂紋/剝離的 部分91和96之中，裂紋/剝離部分91的在垂直于中心線Z的方向上從一側(cè)面83向中心 線Z延伸的長度表示為V7。類似地，裂紋/剝離部分96的在垂直于中心線Z的方向上從另 一側(cè)面84向中心線Z延伸的長度表示為V8。在基部82和熔融部85之間的界面附近產(chǎn)生 裂紋、剝離等的情況下，產(chǎn)生的形狀被分類為0。在產(chǎn)生裂紋/剝離的部分92和97之中， 裂紋/剝離部分92的在垂直于中心線Z的方向上從一側(cè)面83向中心線Z延伸的長度表示 為V3。類似地，裂紋/剝離部分97的在垂直于中心線Z的方向上從另一側(cè)面84向中心線 Z延伸的長度表示為V4。在熔融部85內(nèi)部產(chǎn)生裂紋、剝離等的情況下，產(chǎn)生的形狀被分類 為Y。在產(chǎn)生裂紋/剝離的部分93和98之中，裂紋/剝離部分93的在垂直于中心線Z的 方向上從一側(cè)面83向中心線Z延伸的長度表示為V5。類似地，裂紋/剝離部分98的在垂 直于中心線Z的方向上從另一側(cè)面84向中心線Z延伸的長度表示為V6。一側(cè)面83側(cè)的熔 融部85距中心線Z的長度表示為VI，另一側(cè)面84側(cè)的熔融部85距中心線Z長度表示為 V2。具體地，在圖5中，從一側(cè)面83到中心線Z的距離表示為VI，從另一側(cè)面84到中心線 Z的距離表示為V2。另一方面，在圖6中，從一側(cè)面83到所述一側(cè)面83側(cè)的熔融部185中 的最靠近中心線Z的位置的距離表示為VI，從另一側(cè)面84到另一側(cè)面84側(cè)的熔融部185 中的最靠近中心線Z的位置的距離表示為V2。然后，對于產(chǎn)生的裂紋、剝離等，得到裂紋/剝離部分91至93及96至98的長度 (V3+V4、V5+V6 或 V7+V8)與熔融部 85 的長度(V1+V2)的比((V3+V4) / (V1+V2)、(V5+V6) / (V1+V2)或(V7+V8)/(V1+V2))。在得到的比小于50%的情況下，可以確定有足夠的應(yīng)對熱 應(yīng)力的耐力，以保持接合狀態(tài)，這被評為“〇”。然而，在得到的比為50%以上的情況下，可 以確定不能得到應(yīng)對熱應(yīng)力的足夠耐力而且擔(dān)心貴金屬構(gòu)件81的脫落，這被評為“X”。該 評價試驗的結(jié)果如表1所示。表1 如表1所示，在樣品1至4和16、17中，熔融部85的靠近貴金屬構(gòu)件81的特定部 位(圖3中的點Kl、L1和Ml)處的源自于貴金屬構(gòu)件81的成分的平均比例P小于80%， 在這些樣品中，裂紋、剝離等產(chǎn)生于貴金屬構(gòu)件81和熔融部85的界面附近(產(chǎn)生形狀a)。 在樣品8、9和16中，熔融部85的靠近基部82的特定部位(圖3中的點K3、L3和M3)處的 源自于基部82的成分的平均比例Q小于20%，在這些樣品中，裂紋、剝離等產(chǎn)生于基部82 和熔融部85的界面附近(產(chǎn)生形狀0)。在樣品14、15和17中，平均比例P和平均比例Q 之和高于160%，在這些樣品中，裂紋、剝離等產(chǎn)生于熔融部85內(nèi)部(產(chǎn)生形狀Y)。具體地，在樣品16中，以產(chǎn)生形狀a和產(chǎn)生形狀0的組合的形式產(chǎn)生裂紋、剝離等，在樣品17 中，以產(chǎn)生形狀a和產(chǎn)生形狀Y的組合的形式產(chǎn)生裂紋、剝離等。然而，在樣品5至7和 10至13中，滿足P彡80[% ], Q彡20[% ]，以及P+Q彡160 [%]，沒有產(chǎn)生可能導(dǎo)致不能 維持貴金屬構(gòu)件81和基部82之間的接合的大的裂紋、剝離等。實施例2通過在對實施例1的各樣品(樣品1至17)進行的加熱/冷卻試驗中，將加熱溫 度改變成950°C，其它的條件保持不變，進行評價試驗。也就是，通過與實施例1相比減少加 熱/冷卻循環(huán)中使用燃燒器施加到點火部80上的負荷而進行該評價試驗。在此試驗之后， 觀察點火部80的通過中心線Z的截面，以與實施例1相同的評價基準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)可能造成貴金 屬構(gòu)件81脫落的裂紋、剝離等的產(chǎn)生的情況和沒有發(fā)現(xiàn)裂紋、剝離等的產(chǎn)生的情況，這兩 種情況分別被評為“ X，，和“〇”。評價試驗的結(jié)果如表2所示。表2 當(dāng)將如表2所示的該評價試驗的結(jié)果與實施例1的評價試驗的結(jié)果(參見表1)比 較時，在新的樣品3和4中，沒有發(fā)現(xiàn)可能導(dǎo)致不能維持貴金屬構(gòu)件81和基部82之間的接 合的大的裂紋、剝離等的產(chǎn)生。樣品3和樣品4兩者都滿足Q彡20[% ]和P+Q彡160[% ]， 但是不滿足P彡80[% ] 類似地，與滿足Q彡20[% ]和P+Q彡160[% ]但是不滿足 P ^ 80[% ]的樣品1和樣品2比較，樣品3和樣品4滿足P彡60[% ]，但是樣品1和樣 品2滿足P < 60[% ]。如上所述，在與實施例1相比較溫和的條件下進行該評價試驗， 該實驗條件接近火花塞100的實際使用的條件。根據(jù)該評價試驗的結(jié)果，能夠看出，即使 P ^ 60[% ]，仍能夠充分地保證貴金屬構(gòu)件81和基部82之間的接合。實施例3接著，為了確認在比實施例1更加嚴酷的加熱/冷卻的條件下防止裂紋、剝離等的 產(chǎn)生的條件，進行評價試驗。因為通過從點火部80的一側(cè)瞄準(zhǔn)貴金屬構(gòu)件81和基部82之 間的接合面而進行激光焊接，來形成熔融部85，因此激光束的照射部露出在外側(cè)。在更加嚴 酷的加熱/冷卻條件下，在露出部位發(fā)生熔融部85的氧化消耗，擔(dān)心造成裂紋、剝離等的產(chǎn) 生。因此，在此實施例中，關(guān)注熔融部85中的特定部位、即點K1、點K2和點K3處的源自于 貴金屬構(gòu)件81的成分的平均比例R。然后，在實施例1中制造的火花塞100的試驗樣品之中，能夠防止裂紋、剝離等的 產(chǎn)生的樣品12和樣品5在實施例3的評價試驗中被用作比較樣品。對于樣品12和樣品5， 如實施例1那樣，得到熔融部85中的特定部位、即點K1、點K2和點K3處的源自于貴金屬構(gòu) 件81的成分的平均比例R，樣品12和樣品5的平均比例R分別是50%和60%。從如實施 例1那樣制造的多種樣品類型中，提取出平均比例P和平均比例Q與樣品12—樣且平均比 例R為60%和70%的樣品，分別為這些樣品賦予樣品序號樣品18和樣品19。同樣地，提 取出平均比例P和平均比例Q與樣品5 —樣且平均比例R為55 %、50 %和40 %的樣品，分 別為這些樣品賦予樣品序號樣品22、樣品20和樣品21。對于各樣品，通過將加熱條件改變成1100°C而保持其它條件不變來進行與實施例 1相同的加熱/冷卻試驗。在此試驗之后，觀察通過中心線Z的截面，以與實施例1相同的 評價基準(zhǔn)，發(fā)現(xiàn)可能造成貴金屬構(gòu)件81的脫落的裂紋、剝離等的產(chǎn)生的情況、雖然發(fā)現(xiàn)了
21非常小的裂紋的產(chǎn)生但是不用擔(dān)心貴金屬構(gòu)件81的脫離的情況、沒有發(fā)現(xiàn)裂紋的產(chǎn)生的 情況，這些情況分別被評為“ X ”、“〇”和“A”。評價試驗的結(jié)果如表3所示。表3 如表3所示，當(dāng)將平均比例P和Q均相同的樣品12、18和19相互比較時，在熔融 部85中的特定部位、即點K1、點K2和點K3的源自于貴金屬構(gòu)件81的成分的平均比R不 到60%的樣品12中，由熔融部85的氧化消耗而造成產(chǎn)生裂紋、剝離等。然而，在平均比例 R為60%的樣品18和19中，沒有發(fā)現(xiàn)裂紋，能夠充分地防止裂紋、剝離等的產(chǎn)生。類似地， 當(dāng)將平均比例P和Q均相同的樣品5、22、20和21相互比較時，在熔融部85中的特定部位、 即點K1、點K2和點K3的源自于貴金屬構(gòu)件81的成分的平均比R不到55%的樣品20和樣 品21中，發(fā)生由熔融部85的氧化消耗而造成的裂紋、剝離等。雖然在平均比例R為55%的 樣品22中發(fā)現(xiàn)了裂紋的產(chǎn)生，但是裂紋很小，可以確定不用擔(dān)心貴金屬構(gòu)件81會由于裂紋 而發(fā)生脫落。在平均比例R為60%的樣品5中，沒有發(fā)現(xiàn)裂紋，因此能夠充分地防止裂紋、 剝離等的產(chǎn)生。通過將樣品12、18和19的評價結(jié)果和樣品5、22、20和21的評價結(jié)果放在 一起比較，當(dāng)平均比例R等于或高于55%時，可以防止由熔融部85的氧化消耗而造成的裂 紋、剝離等的產(chǎn)生，即使產(chǎn)生裂紋時，裂紋也很小，不會造成貴金屬構(gòu)件81的脫落。也就是， 能夠充分地保證由接合部85對貴金屬構(gòu)件81和基部82之間的接合性，從而可以獲得用于 火花塞100的實際使用的足夠性能。優(yōu)選地，能夠看出，當(dāng)平均比例R等于或高于60%時， 能夠充分地防止裂紋、剝離等的產(chǎn)生，在抗氧化性方面能夠保證足夠的可靠性。
2權(quán)利要求
一種火花塞，該火花塞包括中心電極；絕緣體，其具有沿所述絕緣體的軸線方向延伸的軸向孔，并且所述絕緣體在所述軸向孔中保持所述中心電極；金屬殼，其在周向上包圍并且保持所述絕緣體；接地電極，該接地電極的一端部被接合到所述金屬殼的前端面，該接地電極的另一端部以使該另一端部的側(cè)面面對所述中心電極的前端部的方式彎曲；以及點火部，該點火部于所述接地電極的所述另一端部的所述側(cè)面在與所述中心電極的前端部相對的位置處從所述側(cè)面朝向所述中心電極突出至少0.5mm，其中，所述點火部包括基部，其主要含Ni，并且具有從所述側(cè)面朝向所述中心電極突出的形狀；貴金屬構(gòu)件，其主要含貴金屬，并且被接合到所述基部的突出前端，而且在所述貴金屬構(gòu)件和所述中心電極的前端部之間形成火花放電間隙；以及熔融部，所述熔融部是通過從側(cè)方對所述貴金屬構(gòu)件和所述基部進行激光焊接而將所述貴金屬構(gòu)件和所述基部的構(gòu)成材料熔合而形成的，其中，當(dāng)從所述點火部的由與所述點火部的突出方向平行的平面截開的截面觀察時，所述熔融部在所述貴金屬構(gòu)件和所述基部之間形成如下形狀該形狀是沿與所述點火部的突出方向垂直的方向從所述點火部的一個側(cè)面和另一側(cè)面中的每一方朝向沿所述點火部的突出方向通過這兩個側(cè)面之間的中央的中心線延伸的形狀，其中，在所述點火部的所述截面中，點A表示在所述一個側(cè)面處，所述貴金屬構(gòu)件和所述熔融部之間的界面的位置，點B表示在所述一個側(cè)面處，所述基部和所述熔融部之間的界面的位置，點C表示所述貴金屬構(gòu)件和所述熔融部之間的界面的最靠近所述中心線的位置，點D表示所述基部和所述熔融部之間的界面的最靠近所述中心線的位置，將作為連接點A和點C的直線的線段AC分成四等份的三個等分點從點A側(cè)起依次表示為點E、點F和點G，將作為連接點B和點D的直線的線段BD分成四等份的三個等分點從點B側(cè)起依次表示為點H、點I和點J，將作為連接點E和點H的直線的線段EH分成四等份的三個等分點從點E側(cè)起依次表示為點K1、點K2和點K3，將作為連接點F和點I的直線的線段FI分成四等份的三個等分點從點F側(cè)起依次表示為點L1、點L2和點L3，將作為連接點G和點J的直線的線段GJ分成四等份的三個等分點從點G側(cè)起依次表示為點M1、點M2和點M3，在點K1、點L1和點M1處，源自于所述貴金屬構(gòu)件的成分占所述熔融部的成分的平均比例P滿足P≥80％，在點K3、點L3和點M3處，源自于所述基部的成分占所述熔融部的成分的平均比例Q滿足Q≥20％，并且滿足P+Q≤160％。
2. 一種火花塞，該火花塞包括 中心電極；絕緣體，其具有沿所述絕緣體的軸線方向延伸的軸向孔，并且所述絕緣體在所述軸向 孔中保持所述中心電極；金屬殼，其在周向上包圍并且保持所述絕緣體；接地電極，該接地電極的一端部被接合到所述金屬殼的前端面，該接地電極的另一端 部以使該另一端部的側(cè)面面對所述中心電極的前端部的方式彎曲；以及點火部，該點火部于所述接地電極的所述另一端部的所述側(cè)面在與所述中心電極的前 端部相對的位置處從所述側(cè)面朝向所述中心電極突出至少0. 5mm, 其中，所述點火部包括基部，其主要含Ni，并且具有從所述側(cè)面朝向所述中心電極突出的形狀； 貴金屬構(gòu)件，其主要含貴金屬，并且被接合到所述基部的突出前端，而且在所述貴金屬 構(gòu)件和所述中心電極的前端部之間形成火花放電間隙；以及熔融部，所述熔融部是通過從側(cè)方對所述貴金屬構(gòu)件和所述基部進行激光焊接而將所 述貴金屬構(gòu)件和所述基部的構(gòu)成材料熔合而形成的，其中，當(dāng)從所述點火部的由與所述點火部的突出方向平行的平面截開的截面觀察時， 所述熔融部在所述貴金屬構(gòu)件和所述基部之間形成如下形狀該形狀是沿與所述點火部的 突出方向垂直的方向從所述點火部的一個側(cè)面和另一側(cè)面中的每一方朝向沿所述點火部 的突出方向通過這兩個側(cè)面之間的中央的中心線延伸的形狀， 其中，在所述點火部的所述截面中，點A表示在所述一個側(cè)面處，所述貴金屬構(gòu)件和所述熔融部之間的界面的位置， 點B表示在所述一個側(cè)面處，所述基部和所述熔融部之間的界面的位置， 點C表示所述貴金屬構(gòu)件和所述熔融部之間的界面的最靠近所述中心線的位置， 點D表示所述基部和所述熔融部之間的界面的最靠近所述中心線的位置， 將作為連接點A和點C的直線的線段AC分成四等份的三個等分點從點A側(cè)起依次表 示為點E、點F和點G，將作為連接點B和點D的直線的線段BD分成四等份的三個等分點從點B側(cè)起依次表 示為點H、點I和點J，將作為連接點E和點H的直線的線段EH分成四等份的三個等分點從點E側(cè)起依次表 示為點K1、點K2和點K3，將作為連接點F和點I的直線的線段FI分成四等份的三個等分點從點F側(cè)起依次表 示為點L1、點L2和點L3，將作為連接點G和點J的直線的線段GJ分成四等份的三個等分點從點G側(cè)起依次表 示為點Ml、點M2和點M3，在點K1、點L1和點Ml處，源自于所述貴金屬構(gòu)件的成分占所述熔融部的成分的平均比 例P滿足P≥60%,在點K3、點L3和點M3處，源自于所述基部的成分占所述熔融部的成分的平均比例Q滿 足Q≥20%，并且滿足P+Q≤160%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，在點K1、點K2和點K3處，源自于 所述貴金屬構(gòu)件的成分占所述熔融部的成分的平均比例R滿足R > 60%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的火花塞，其特征在于，所述平均比例R滿足R> 55%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的火花塞，其特征在于，所述基部是由與所述接地 電極不同的構(gòu)件制成的。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的火花塞，其特征在于，ff[ff/(m K)]表示所述基部的導(dǎo)熱率， X[ff/(m K)]表示所述接地電極的導(dǎo)熱率，Y[ff/(m K)]表示所述貴金屬構(gòu)件的導(dǎo)熱率，滿足Y > X彡W。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的火花塞，其特征在于，所述貴金屬構(gòu)件主要含 Pt，并且含從Ir、Rh、W、Pd、Ru、Re、Ni、Al、Al203、Y和Y203中選出的一種以上的1重量％以 上的物質(zhì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的火花塞，其特征在于，當(dāng)從所述點火部的由與所 述點火部的突出方向平行的平面截開的截面觀察時，從所述熔融部的在軸線方向上最靠近 所述金屬殼的前端面的位置到所述前端面的最短距離等于或大于4mm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的火花塞，其特征在于，所述接地電極的與從所述 一端部向所述另一端部延伸的方向垂直的截面的面積等于或小于4mm2。
全文摘要
接地電極(30)的點火部(80)包括熔融部(85)，在此熔融部(85)中通過對基部(82)和貴金屬構(gòu)件(81)進行激光焊接而將基部(82)和貴金屬構(gòu)件(81)的構(gòu)成材料熔融和混合在一起。在該熔融部(85)中，在點K1、點L1和點M1處，源自于貴金屬構(gòu)件(81)的成分的平均比例P等于或高于80％，在點K3、點L3和點M3處，源自于基部(82)的成分的平均比例Q等于或高于20％，并且P+Q等于或小于160％。因此，可以獲得點火部(80)中構(gòu)件之間的接合強度，由此充分地防止歸因于熱應(yīng)力的裂紋、剝離等的產(chǎn)生。
文檔編號H01T13/32GK101861686SQ200880116060
公開日2010年10月13日 申請日期2008年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月15日
發(fā)明者宮下直道, 鈴木彰, 鳥居計良 申請人:日本特殊陶業(yè)株式會社